本发明涉及传感器输出信号中的工频干扰抑制，尤其涉及一种瞬态响应工频干扰抑制方法及系统。
背景技术：
1、随着科学技术的飞速发展与工业自动化程度的不断提高，越来越多的应用场合需要实现对动态信号的测量，这就要求所使用的传感器具有良好的动态特性。传感器的动态特性通常通过动态实验的方法获取其瞬态响应信号来进行分析评价。然而，实验过程中由于实验场地或实验设备的原因，不可避免会向传感器输出的微弱信号中引入工频干扰，从而影响对传感器动态特性的时频分析。面对工频干扰，研究学者们提出了很多抑制工频干扰的方法，主要可以分为时域滤波、频域滤波和时频分析三大类。时域滤波方法有独立分量分析(ica)、levkov法、平滑滤波等。其中，ica通过寻找满足统计独立和非高斯的成分，从而将与有用信号无关的工频干扰分离出来，但该方法需要单独测量工频干扰或通过构造工频干扰作为参考信号来进行干扰分离；levkov法是针对心电信号中的工频干扰问题而提出来的，通过对心电信号进行人为分段，从而分别采用不同的滤波方法，可有效抑制其中的工频干扰，但对其他信号特征不同的信号的滤波效果不佳；平滑滤波运算简单、实时性好，但其实质上等效于频域低通滤波器，在抑制干扰的同时也会削弱有用信号。频域滤波方法常用的为陷波器滤波，可对某一特定频率的干扰进行消除。而基于窗的fir滤波器、变步长最小均方(lms)自适应陷波器、最小均方(lms)滤波器、归一化最小均方(nlms)滤波器和陷波器对心电信号中的工频干扰进行去除，虽然取得了不错的效果。但不论是固定还是自适应陷波滤波器，均难控制其陷波系数使其不影响频带混叠的有用信号。时频分析方法中常用的为小波滤波。小波滤波具有良好的时频局部化特性，通过保留由有用信号控制的小波系数，发现并去掉由噪声控制的小波系数，从而滤除噪声；但是，由于小波滤波的频窗较宽，会同时滤除工频及其附近的其它频率的有效信号，且其消噪系数同样不易控制，容易造成过滤波和欠滤波，从而使信号发生严重失真。
技术实现思路
1、本发明的目的在于解决背景技术中的至少一个技术问题，提供一种瞬态响应工频干扰抑制方法及系统。
2、为实现上述目的，本发明提供一种瞬态响应工频干扰抑制方法，包括：
3、对采集到的传感器瞬态响应信号进行预处理；
4、对预处理后的瞬态响应信号进行emd分解，得到代表工频参考信号的imf分量；
5、根据imf分量构造观测信号矩阵，并进行迭代ica分离，直至达到迭代次数；
6、对经过emd-ica进行滤波的信号进行levkov滤波，完成瞬态响应工频干扰抑制。
7、根据本发明的一个方面，所述对采集到的瞬态响应信号进行预处理，包括：去偏置和低通滤波。
8、根据本发明的一个方面，所述根据imf分量构造观测信号矩阵为：
9、将emd分解得到的imf分量进行fft，观察各分量的幅值谱，选择幅值为50hz附近最大的imf分量，与预处理后的瞬态响应信号构成观测信号矩阵。
10、根据本发明的一个方面，所述进行迭代ica分离，直至达到迭代次数为：
11、根据得到的观测信号矩阵进行ica分离，得到分离后的信号，再对分离后的信号进行emd分解，然后挑选imf分量来构造观测信号矩阵，并再次进行ica分离，如此迭代，直至达到最大迭代次数。
12、根据本发明的一个方面，所述levkov滤波根据经过emd-ica进行滤波的信号在不同段的幅值和斜率特性，将信号分为线性段和非线性段，然后将线性段的工频噪声利用噪声整周期均值滤波法进行消除，非线性段的工频噪声利用线性段的噪声模板进行消除。
13、根据本发明的一个方面，所述levkov滤波，包括：
14、①根据下式计算当前采样点的斜率dn：
15、dn＝yn+n-yn
16、式中，y为经过迭代emd-ica滤波后的瞬态响应信号，n表示当前采样点，信号y可以用一个1xt的矩阵表示为：y[y1,y2,y3,...,yt]，则yn就表示第n个采样点；n为工频干扰信号的整周期采样点数，n＝fs/f,fs为采样频率，f为工频频率；
17、②令dn＝|dn-dn-1|，若有从当前采样点开始的连续q个采样点处的dn均小于m，则用线性段方法进行滤波；否则用非线性段方法滤波；
18、针对线性段，采取工频整周期均值滤波法去除工频干扰：
19、计算一个工频周期信号的平均值与当前采样点的线性偏移量，从而得到当前信号的滤波结果，具体滤波算式为：
20、
21、式中，z为经过levkov滤波后的瞬态响应信号；
22、针对非线性段，以前一个工频周期的工频干扰信号为模板来消除当前工频周期内信号中的工频干扰：
23、先按公式tempn-n＝yn-n-zn-n计算出前一个工频干扰周期中对应点的工频干扰值，以此为工频噪声模板值，然后按公式zn＝yn-tempn-n计算当前点的滤波结果；其中，tempn-n表示yn-n点的噪声；
24、接下来的n-1个采样点，均采用非线性段方法滤波。
25、为实现上述目的，本发明还提供一种瞬态响应工频干扰抑制系统，其特征在于，包括：
26、信号预处理模块，对采集到的传感器瞬态响应信号进行预处理；
27、emd分解模块，对预处理后的瞬态响应信号进行emd分解，得到代表工频参考信号的imf分量；
28、迭代ica分离模块，根据imf分量构造观测信号矩阵，并进行迭代ica分离，直至达到迭代次数；
29、levkov滤波模块，对经过emd-ica进行滤波的信号进行levkov滤波，完成瞬态响应工频干扰抑制。
30、为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上所述的瞬态响应工频干扰抑制方法。
31、为实现上述目的，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的瞬态响应工频干扰抑制方法。
32、根据本发明的方案，本发明针对现有的工频干扰抑制方法均较难用于传感器瞬态响应的工频消噪的问题，结合传感器瞬态响应信号的特征与实际工频干扰的特点，提供一种联合迭代ica与levkov法的工频干扰抑制方法。其基本思路为先通过循环迭代构造工频干扰参考信号来使用ica法减小瞬态响应中频率游动的工频干扰，再利用levkov法对工频及其谐波干扰进行进一步的消除，从而提高对传感器瞬态响应中工频干扰的滤波效果。
33、根据本发明的方案，本发明针对瞬态响应信号中工频频率游动的工频干扰，采用迭代emd-ica方法流程对其进行多次迭代滤波，每次emd-ica滤波的输入信号为上一次emd-ica滤波的输出信号，从而逐步降低信号中的工频干扰；针对迭代emd-ica滤波后残留的工频干扰及其谐波干扰问题，利用levkov法通过线性段均值滤波和非线性段噪声模板滤波来进行再次滤波，从而提高瞬态响应信号中工频干扰的滤除精度。另外，需要说明的是，由于emd-ica法和levkov法均为时域方法，所以所提方法同样为时域滤波法，信号滤波不会产生时延、相位滞后等问题。
34、根据本发明的方案，本发明将迭代emd-ica法与levkov法相结合，通过构造工频参考信号，采用迭代emd-ica的方法以减小瞬态响应中频率游动的工频干扰，再利用levkov法通过线性段均值滤波和非线性段噪声模板滤波来进一步削弱工频干扰及其谐波干扰，从而提高瞬态响应信号中工频干扰的滤除精度。
1.瞬态响应工频干扰抑制方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的瞬态响应工频干扰抑制方法，其特征在于，所述对采集到的瞬态响应信号进行预处理，包括：去偏置和低通滤波。
3.根据权利要求1所述的瞬态响应工频干扰抑制方法，其特征在于，所述根据imf分量构造观测信号矩阵为：
4.根据权利要求1所述的瞬态响应工频干扰抑制方法，其特征在于，所述进行迭代ica分离，直至达到迭代次数为：
5.根据权利要求1所述的瞬态响应工频干扰抑制方法，其特征在于，所述levkov滤波根据经过emd-ica进行滤波的信号在不同段的幅值和斜率特性，将信号分为线性段和非线性段，然后将线性段的工频噪声利用噪声整周期均值滤波法进行消除，非线性段的工频噪声利用线性段的噪声模板进行消除。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的瞬态响应工频干扰抑制方法，其特征在于，所述levkov滤波，包括：
7.瞬态响应工频干扰抑制系统，其特征在于，包括：
8.电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的瞬态响应工频干扰抑制方法。
9.计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的瞬态响应工频干扰抑制方法。
